Основні задачі проектування еом
При розробці проекту нової машини головна задача полягає в створенні конструкції, що забезпечує параметри ЕОМ, записані в ТЗ, з урахуванням можливості виготовлення цієї конструкції в певних виробничих умовах, в можливо короткі терміни і при мінімальних затратах.
Конструювання повинно забезпечити:
- задану швидкодію (габарити ЕОМ впливають на швидкість її роботи);
- рівень перешкод менше допустимих;
- максимальну надійність при мінімальній вартості;
- термальні режими конструкції;
- спроможність конструкції протидіяти зовнішнім впливу.
Вихідними даними для конструктора є електричні схеми (функціональні або принципові) і ТЗ.
Етап конструювання полягає в розбитті схеми ЕОМ на вузли різних рівня складності і оформленні їх в виді складальних одиниць.
При проектуванні конструктивних вузлів як засобів механічного і електричного об'єднання вхідних елементів можна виділити наступні задачі:
- вибір просторової геометрії і компонувальної схеми;
- визначення геометричних розмірів типових складальних одиниць;
- розробка деталей і складальних одиниць в цілому.
При рішенні цих задач розглядаються питання мінімізації втрат швидкодії через кінцеву швидкість розповсюдження сигналів; забезпечення стійкості до перешкод, надійності і механічної міцності; визначаються засоби відводу термальної енергії; засоби захисту від ЗВФ (механічних, кліматичних, різноманітного виду випромінювань); монтажна область конструктивного вузла (метричний простір розміщення елементів і їх міжконтактних сполучень - визначаються геометричні розміри, координати елементів і полів їхніх контактів).
Задача визначення вмісту конструктивних вузлів називається схемною компоновкою, тобто визначається оптимальна кількість модулів і розподіл схеми по них.
Мета схемної компоновки - забезпечити високу здатність до відновлення, уніфіковувати функціональні вузли в межах однієї або декількох моделей ЕОМ, визначити найменшу змінну одиницю ТЕЗ - змінна складальна одиниця, логічно завершена схемно, незалежність електричних перевірок.
Конструювання вузла завершується розробкою його топології і монтажної області конструктивного вузла, розміщуються елементи і зв'язки між ними. Природно, з урахуванням швидкодії, стійкості до перешкод, термального режиму, надійності, особливостей конкретної технології.
Методологія проектування конструкцій еом
Сучасний конструктор вирішує задачу проектування ЕОМ евристичними засобами в безпосередній взаємодії з обчислювальною технікою (ОТ) в рамках діалогових систем, що широко використовуються. В діалозі з ЕОМ здійснюється принцип комбінаторики, коли з допомогою ОТ проводиться вибір оптимального рішення з множини варіантів.
В процесі конструкторського проектування ЕОМ, як і в будь-якому іншому творчому процесі, можна виділити три види послідовності створюваних операцій:
Логічна послідовність операцій - це математичні однозначно визначені операції, що можна коректно звести до рівня елементарних операцій. До таких алгоритмізованих послідовностей операцій при конструкторському проектуванні ЕОМ відносять розрахунки, що виконуються за методикою, деталіровка, укладання специфікацій тощо.
Евристична послідовність операцій заснована на спроможності інженера вибирати і приймати рішення в тих ситуаціях, коли той або інший процес не можна повністю, чітко і замкнуто описати логічно, а можна описати тільки за допомогою нечітких рекомендацій і евристичних правил. В цьому випадку людину не можна замінити технічними допоміжними засобами. Евристика (від гр. - знаходжу) - система навчання шляхом навідних запитань в стародавній Греції; сукупність логічних прийомів і методичних правил теоретичного дослідження і відшукання істини; засіб навчання, що сприяє розвитку винахідливості, активності.
Інтуїтивна послідовність операцій містить комплекс неподільних операцій, для виконання яких не можна використати ані логіку, ані евристичні правила. Тут вирішальними стають такі якості інженера, як стиль мислення, асоціації, фантазія, уява, а також зовнішня обстановка (довкілля, соціальна і ідеологічна обстановка і т. і.). Очевидно, що інтуїція не може бути предметом методичного дослідження.
Система евристичних засобів, що містить безліч правил, рекомендацій і програм, дозволяє прийняти рішення в процесі проектування ЕОМ.
Процес прийняття рішень складається з 6 основних етапів:
виявлення проблеми;
порушення задачі;
пошук рішення;
прийняття рішення;
виконання рішення;
оцінка отриманого результату.
Рис 1.1 Основна структура процесу прийняття рішення
1. Виявлення проблеми - визначення потреби в розробці нової ЕОМ.
2. Порушення задачі - формування вимоги до виробу. Етап розробки розширеного ТЗ, що представляє собою документ, який встановлює основне призначення і показники якості виробу, техніко-економічні і спеціальні вимоги до виробу (стадії ТЗ і ТП).
3. Пошук рішення - підбір варіантів конструкцій, що задовольнять сформульованим на 2-му етапі вимогам, або розробка нового варіанту (стадія проектування - ескізний проект).
4. Прийняття рішення - вибір більш прийнятного варіанту з вибраних по критерію якості, що полягає в порушенні задачі (стадія проектування - технічний проект).
5. Виконання рішення - розробка конструкторської документації на вибраний варіант конструкції, виготовлення дослідного зразка (стадія проектування - робочий проект).
6. Оцінка отриманого результату - порівняння показників і параметрів розробленої ЕОМ з технічним завданням.
Кожна нова конструкція ЕОМ звичайно містить елементи вже існуючих конструкцій і оригінальні елементи.
На ранніх етапах проектування оригінальних елементів конструкції найчастіше використовують евристичні засоби і інтуїцію, які вимагають перевірки засобом проб і помилок. Евристичні засоби дозволяють здійснити уявну екстраполяцію за межі відомого. Теоретико-розрахункові засоби використовують формалізовані процедури, повторне застосування яких дасть результати для порівняння і кількісне обґрунтування.
Якщо в конструкції комплексно враховують вимоги всіх етапів проектування, виготовлення і експлуатації, такий підхід називають системним. Під системою будемо розуміти сукупність взаємопов’язаних різнорідних приладів, частин, підсистем, які спільно виконують задані функції, вирішують загальну задачу
При системному підході проектований об'єкт розглядається як система. Використання системних засобів дозволяє уникати односторонніх помилкових уявлень, висновків і рішень.
Системний підхід базується на розгляді об'єкту, що вивчається у взаємозв’язку з навколишніми об'єктами. Його задачами є дослідження специфічних зв'язків; встановлення закономірностей, притаманних окремим типам систем; розробка на цій основі певних засобів їхнього опису і вивчення.
Сформулюємо основні положення системного підходу.
Параметричний опис, що є найпростішою формою наукового аналізу. Це є дослідження будь-якого об'єкту, що базується на емпіричних спостереженнях, описі властивостей, ознак і відношень досліджуваного об'єкту до інших.
Структурний опис, що виконують після виявлення параметрів. Передбачає перехід до визначення елементної структури досліджуваного об'єкту. Основна задача полягає в тому, щоб встановити взаємозв'язки властивостей, ознак, виявлених при параметричному описі об'єкта.
Функціональний опис досліджуваного об'єкту може бути виконаний виходячи з функціональних залежностей між параметрами (функціонально-параметричний опис) або частинами об'єкту (функціонально-структурний опис). Специфіка полягає в тому, що функція частини об'єкту задається з огляду характеристики усього об'єкту.
Наведені положення показують поступове ускладнення підходу до об'єкту, що досліджується, бо кожний наступний етап включає всі попередні, і, крім того, вирішує деякі нові задачі.
Використання системного підходу повинно спрощувати процес дослідження. Особливість системного підходу укладена в новій орієнтації усього ходу дослідження, що полягає в прагненні побудувати цілісну картину досліджуваного об'єкту.
Системний підхід базується на наступних принципах:
При дослідженні об'єкту як системи опис його частин не має самостійного значення, бо кожна частина об'єкту описується не окремо, а з урахуванням її ролі в усьому об'єкті.
Специфіка системного об'єкту не вичерпується особливостями його частин, що складають, а зв'язана з характером взаємозв'язків між окремими частинами.
Один і той же об'єкт, що досліджується виступає таким що володіє водночас різними характеристиками, параметрами, функціями, структурою. Проявом цього є ієрархічність будівлі системи.
Дослідження системи, як правило, невіддільно від умов її функціонування.
При дослідженні складного об'єкту враховується залежність стану частин від стану всієї системи.
Аналіз функціональної характеристики об'єкту, що досліджується може виявитися недостатнім, бо надто важливо встановити доцільність функціонування системи.
При конструюванні ЕОМ системний підхід є засобом аналізу і синтезу при одночасному використанні великого числа компонентів і факторів, а також взаємозв'язків, що утворюють дану систему. Він дозволяє розглядати ЕОМ як єдине ціле при аналізі і проектуванні її частин. Для дослідження і проектування доцільно розділяти ЕОМ, як систему на прилади (підсистеми): по функціям, що виконуються; по фізичній суттєвості процесів і особливостям їхніх закономірностей.
Конструкторське проектування характеризується значною трудомісткістю. Разом з тим компоновка, трасировка, розрахунки тепла і надійності, виготовлення КД виконуються з допомогою ЕОМ.
Конструктор на основі стандартів і норм, що є в базах даних, повинен уміти вибирати готові рішення.
Система автоматизованого проектування (computer aided design) і система автоматизованого виробництва (computer aided manufacturing) CAD-CAM широко застосовується за кордоном і в Україні.
Результат процесу конструкторської підготовки виробництва залежить від результату уточнення задачі, жодна із задач не повинна залишитися неврахованою або такою, що не проаналізувалася критично.
Незайвим буде повернутися до аналізу і уточнення порушення задачі проектування.
Методичні виправдане подання майбутньої ЕОМ в виді «чорної шухляди» (рис. 1.2.).
Рис. 1.2. Модель «чорної шухляди».
Структура
уточнення порушення задачі проектування
наведена на рис. 1.3
Рис. 1.3. Структура уточнення порушення задачі проектування.
Якщо порушення задачі уточнене, то як слідує з рис. 1.1. можна продумати план виконання розробки.
При плануванні принципово треба минути 2 східці: спочатку намітити стратегію, згідно якої задача розглядається від початку і до кінця по етапам, а після цього ретельно планувати її здійснення, та виконання окремих етапів.
Найбільш відповідальними етапами в процесі проектування ЕОМ є пошук і прийняття рішень. При цьому слідує дотримувати основних двох принципів: